Adaptado da 3ª edição, Enciclopédia de Saúde e Segurança Ocupacional.
Na produção e refino de metais, componentes valiosos são separados de materiais inúteis em uma série de diferentes reações físicas e químicas. O produto final é metal contendo quantidades controladas de impurezas. A fundição e refino primários produzem metais diretamente de concentrados de minério, enquanto a fundição e refino secundários produzem metais a partir de sucata e resíduos de processos. A sucata inclui pedaços de peças metálicas, barras, torneados, chapas e fios que estão fora da especificação ou desgastados, mas que podem ser reciclados (consulte o artigo “Recuperação de metais” neste capítulo).
Visão geral dos processos
Duas tecnologias de recuperação de metal são geralmente usadas para produzir metais refinados, pirometalúrgico e hidrometalúrgico. Os processos pirometalúrgicos usam calor para separar os metais desejados de outros materiais. Esses processos usam diferenças entre potenciais de oxidação, pontos de fusão, pressões de vapor, densidades e/ou miscibilidade dos componentes do minério quando fundidos. As tecnologias hidrometalúrgicas diferem dos processos pirometalúrgicos porque os metais desejados são separados de outros materiais usando técnicas que capitalizam as diferenças entre as solubilidades dos constituintes e/ou propriedades eletroquímicas em soluções aquosas.
Pyrometallurgy
Durante o processamento pirometálico, um minério, após ser beneficiado (concentrado por trituração, moagem, flutuação e secagem), é sinterizado ou torrado (calcinado) com outros materiais, como pó de manga e fundente. O concentrado é então fundido, ou derretido, em um alto-forno para fundir os metais desejados em um lingote derretido impuro. Este lingote então passa por um terceiro processo pirometálico para refinar o metal até o nível de pureza desejado. Cada vez que o minério ou ouro é aquecido, são criados resíduos. A poeira da ventilação e os gases do processo podem ser capturados em um filtro de mangas e descartados ou devolvidos ao processo, dependendo do teor de metal residual. O enxofre no gás também é capturado e, quando as concentrações ficam acima de 4%, pode ser transformado em ácido sulfúrico. Dependendo da origem do minério e de seu teor de metais residuais, vários metais, como ouro e prata, também podem ser produzidos como subprodutos.
A torrefação é um importante processo pirometalúrgico. A torrefação de sulfatação é usada na produção de cobalto e zinco. Sua finalidade é separar os metais para que possam ser transformados em uma forma solúvel em água para posterior processamento hidrometalúrgico.
A fundição de minérios sulfídicos produz um concentrado de metal parcialmente oxidado (mate). Na fundição, o material sem valor, geralmente ferro, forma uma escória com o material fundente e é convertido em óxido. Os metais valiosos adquirem a forma metálica na etapa de conversão, que ocorre em fornos de conversão. Este método é usado na produção de cobre e níquel. Ferro, ferrocromo, chumbo, magnésio e compostos ferrosos são produzidos pela redução do minério com carvão e um fundente (calcário), sendo o processo de fundição geralmente realizado em forno elétrico. (Veja também o Siderurgia capítulo.) A eletrólise de sal fundido, usada na produção de alumínio, é outro exemplo de um processo pirometalúrgico.
A alta temperatura necessária para o tratamento pirometalúrgico de metais é obtida pela queima de combustíveis fósseis ou pela reação exotérmica do próprio minério (por exemplo, no processo de fusão rápida). O processo de fundição instantânea é um exemplo de processo pirometalúrgico de economia de energia no qual o ferro e o enxofre do concentrado de minério são oxidados. A reação exotérmica acoplada a um sistema de recuperação de calor economiza muita energia para a fundição. A alta recuperação de enxofre do processo também é benéfica para a proteção ambiental. A maioria das fundições de cobre e níquel construídas recentemente usa esse processo.
Hidrometalurgia
Exemplos de processos hidrometalúrgicos são lixiviação, precipitação, redução eletrolítica, troca iônica, separação por membrana e extração por solvente. A primeira etapa dos processos hidrometalúrgicos é a lixiviação de metais valiosos de materiais menos valiosos, por exemplo, com ácido sulfúrico. A lixiviação é muitas vezes precedida de pré-tratamento (por exemplo, torrefação com sulfatação). O processo de lixiviação geralmente requer alta pressão, adição de oxigênio ou altas temperaturas. A lixiviação também pode ser realizada com eletricidade. Da solução de lixiviação, o metal desejado ou seu composto é recuperado por precipitação ou redução usando diferentes métodos. A redução é realizada, por exemplo, na produção de cobalto e níquel com gás.
A eletrólise de metais em soluções aquosas também é considerada um processo hidrometalúrgico. No processo de eletrólise, o íon metálico é reduzido ao metal. O metal está em uma solução de ácido fraco da qual precipita nos cátodos sob a influência de uma corrente elétrica. A maioria dos metais não ferrosos também pode ser refinada por eletrólise.
Freqüentemente, os processos metalúrgicos são uma combinação de processos piro e hidrometalúrgicos, dependendo do concentrado de minério a ser tratado e do tipo de metal a ser refinado. Um exemplo é a produção de níquel.
Perigos e sua prevenção
A prevenção de riscos à saúde e de acidentes na indústria metalúrgica é principalmente uma questão educacional e técnica. Os exames médicos são secundários e têm apenas um papel complementar na prevenção de riscos para a saúde. A troca harmoniosa de informações e a colaboração entre os departamentos de planejamento, linha, segurança e saúde ocupacional da empresa proporcionam o resultado mais eficiente na prevenção de riscos à saúde.
As melhores e menos dispendiosas medidas preventivas são aquelas tomadas na fase de planejamento de uma nova planta ou processo. No planejamento de novas instalações de produção, os seguintes aspectos devem ser levados em consideração, no mínimo:
- As fontes potenciais de contaminantes do ar devem ser fechadas e isoladas.
- O projeto e a localização do equipamento de processo devem permitir fácil acesso para fins de manutenção.
- Áreas nas quais um perigo súbito e inesperado pode ocorrer devem ser monitoradas continuamente. Avisos de advertência adequados devem ser incluídos. Por exemplo, áreas nas quais a exposição a arsina ou cianeto de hidrogênio pode ser possível devem estar sob monitoramento contínuo.
- A adição e o manuseio de produtos químicos venenosos devem ser planejados de modo que o manuseio manual possa ser evitado.
- Dispositivos de amostragem de higiene ocupacional pessoal devem ser usados para avaliar a exposição real do trabalhador individual, sempre que possível. O monitoramento fixo regular de gases, poeiras e ruídos fornece uma visão geral da exposição, mas tem apenas um papel complementar na avaliação da dose de exposição.
- No planeamento do espaço, devem ser tidos em conta os requisitos de futuras alterações ou extensões do processo para que os padrões de higiene ocupacional da fábrica não se deteriorem.
- Deve haver um sistema contínuo de treinamento e educação para o pessoal de segurança e saúde, bem como para capatazes e trabalhadores. Os novos trabalhadores, em particular, devem ser completamente informados sobre os riscos potenciais à saúde e como evitá-los em seus próprios ambientes de trabalho. Além disso, o treinamento deve ser feito sempre que um novo processo for introduzido.
- Práticas de trabalho são importantes. Por exemplo, a falta de higiene pessoal comendo e fumando no local de trabalho pode aumentar consideravelmente a exposição pessoal.
- A gestão deve ter um sistema de monitoramento de saúde e segurança que produza dados adequados para a tomada de decisões técnicas e econômicas.
A seguir estão alguns dos perigos e precauções específicos encontrados na fundição e refino.
Lesões
A indústria de fundição e refino tem uma taxa mais alta de lesões do que a maioria das outras indústrias. As fontes dessas lesões incluem: respingos e derramamentos de metal fundido e escória resultando em queimaduras; explosões de gás e explosões de contato de metal fundido com água; colisões com locomotivas em movimento, vagões, pontes rolantes e outros equipamentos móveis; quedas de objetos pesados; quedas de altura (por exemplo, ao acessar a cabine de um guindaste); e lesões por escorregões e tropeções por obstrução de pisos e passagens.
As precauções incluem: treinamento adequado, equipamentos de proteção individual (EPI) adequados (por exemplo, capacetes, sapatos de segurança, luvas de trabalho e roupas de proteção); bom armazenamento, limpeza e manutenção do equipamento; regras de trânsito para equipamentos em movimento (incluindo rotas definidas e um sistema eficaz de sinalização e alerta); e um programa de proteção contra quedas.
HEAT
Doenças causadas por estresse térmico, como insolação, são um risco comum, principalmente devido à radiação infravermelha de fornos e metal fundido. Isso é especialmente um problema quando o trabalho extenuante deve ser feito em ambientes quentes.
A prevenção de doenças causadas pelo calor pode envolver telas de água ou cortinas de ar na frente dos fornos, resfriamento pontual, cabines fechadas com ar-condicionado, roupas de proteção térmica e roupas refrigeradas a ar, permitindo tempo suficiente para aclimatação, intervalos de trabalho em áreas frias e um suprimento adequado de bebidas para consumo frequente.
Perigos químicos
A exposição a uma ampla variedade de poeiras, vapores, gases e outros produtos químicos perigosos pode ocorrer durante as operações de fundição e refino. A trituração e moagem do minério, em particular, pode resultar em alta exposição à sílica e poeiras de metais tóxicos (por exemplo, contendo chumbo, arsênico e cádmio). Também pode haver exposição à poeira durante as operações de manutenção do forno. Durante as operações de fundição, os vapores de metal podem ser um grande problema.
As emissões de poeira e fumaça podem ser controladas por enclausuramento, automação de processos, ventilação de exaustão local e de diluição, umedecimento de materiais, manuseio reduzido de materiais e outras alterações de processo. Onde estes não são adequados, a proteção respiratória seria necessária.
Muitas operações de fundição envolvem a produção de grandes quantidades de dióxido de enxofre a partir de minérios de sulfeto e monóxido de carbono de processos de combustão. A diluição e a ventilação de exaustão local (LEV) são essenciais.
O ácido sulfúrico é produzido como subproduto das operações de fundição e é usado no refino eletrolítico e na lixiviação de metais. A exposição pode ocorrer tanto ao líquido quanto às névoas de ácido sulfúrico. Proteção para a pele e olhos e LEV são necessários.
A fundição e o refino de alguns metais podem apresentar riscos especiais. Exemplos incluem carbonila de níquel no refino de níquel, fluoretos na fundição de alumínio, arsênico na fundição e refino de cobre e chumbo e exposições a mercúrio e cianeto durante o refino de ouro. Esses processos requerem suas próprias precauções especiais.
Outros perigos
O brilho e a radiação infravermelha de fornos e metal fundido podem causar danos aos olhos, incluindo catarata. Óculos adequados e protetores faciais devem ser usados. Altos níveis de radiação infravermelha também podem causar queimaduras na pele, a menos que roupas de proteção sejam usadas.
Altos níveis de ruído de minério de britagem e moagem, sopradores de descarga de gás e fornos elétricos de alta potência podem causar perda de audição. Se a fonte do ruído não puder ser fechada ou isolada, devem ser usados protetores auriculares. Um programa de conservação auditiva, incluindo testes audiométricos e treinamento, deve ser instituído.
Riscos elétricos podem ocorrer durante processos eletrolíticos. As precauções incluem manutenção elétrica adequada com procedimentos de bloqueio/sinalização; luvas, roupas e ferramentas isoladas; e interruptores de circuito de falha de aterramento onde necessário.
O levantamento manual e o manuseio de materiais podem causar lesões nas costas e nas extremidades superiores. Auxiliares mecânicos de elevação e treinamento adequado em métodos de elevação podem reduzir esse problema.
Poluição e Proteção Ambiental
Emissões de gases irritantes e corrosivos como dióxido de enxofre, sulfeto de hidrogênio e cloreto de hidrogênio podem contribuir para a poluição do ar e causar corrosão de metais e concreto dentro da usina e no ambiente ao redor. A tolerância da vegetação ao dióxido de enxofre varia de acordo com o tipo de floresta e solo. Em geral, as árvores perenes toleram concentrações mais baixas de dióxido de enxofre do que as decíduas. As emissões de partículas podem conter partículas não específicas, fluoretos, chumbo, arsênico, cádmio e muitos outros metais tóxicos. O efluente de águas residuais pode conter uma variedade de metais tóxicos, ácido sulfúrico e outras impurezas. Os resíduos sólidos podem ser contaminados com arsênico, chumbo, sulfetos de ferro, sílica e outros poluentes.
A gestão da fundição deve incluir avaliação e controle das emissões da planta. Este é um trabalho especializado que deve ser realizado apenas por pessoal totalmente familiarizado com as propriedades químicas e toxicidade dos materiais descartados dos processos da planta. O estado físico do material, a temperatura na qual ele sai do processo, outros materiais no fluxo de gás e outros fatores devem ser considerados ao planejar medidas para controlar a poluição do ar. Também é desejável manter uma estação meteorológica, manter registros meteorológicos e estar preparado para reduzir a produção quando as condições climáticas forem desfavoráveis para a dispersão dos efluentes das chaminés. Viagens de campo são necessárias para observar o efeito da poluição do ar em áreas residenciais e agrícolas.
O dióxido de enxofre, um dos principais contaminantes, é recuperado como ácido sulfúrico quando presente em quantidade suficiente. Caso contrário, para atender aos padrões de emissão, o dióxido de enxofre e outros resíduos gasosos perigosos são controlados por depuração. As emissões de partículas são comumente controladas por filtros de tecido e precipitadores eletrostáticos.
Grandes quantidades de água são usadas em processos de flotação, como concentração de cobre. A maior parte desta água é reciclada de volta para o processo. Os rejeitos do processo de flotação são bombeados como lama para as lagoas de sedimentação. A água é reciclada no processo. A água de processo que contém metais e a água da chuva são limpas em estações de tratamento de água antes de serem descartadas ou recicladas.
Os resíduos da fase sólida incluem escórias de fundição, lamas de purga da conversão de dióxido de enxofre em ácido sulfúrico e lamas de represamentos de superfície (por exemplo, lagoas de sedimentação). Algumas escórias podem ser reconcentradas e devolvidas às fundições para reprocessamento ou recuperação de outros metais presentes. Muitos desses resíduos de fase sólida são resíduos perigosos que devem ser armazenados de acordo com os regulamentos ambientais.